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摘要
稻田土壤常处于频繁的干湿交替过程中,水分条件的改变不仅影响土壤理化性质,而且使土壤微生物群落结构和多样性发生改变,进而影响土壤有机碳矿化速率.然而,不同水分条件和土壤微生物生物量水平对土壤有机碳矿化过程的影响及其机制尚不明确.因此,本研究选取典型亚热带水稻土为研究对象,采用室内模拟培养试验,设置干湿交替和持续淹水这2个水分条件,并通过氯仿熏蒸方法减少土壤微生物生物量,从而获得微生物生物量碳含量高低两个水平的土壤,探讨水分条件和微生物生物量对水稻土有机碳矿化的影响机制.结果表明在培养前30 d,干湿交替处理处在不淹水状态,其CO2累积排放量显著低于持续淹水处理;30 d后干湿交替处理进入淹水状态,在高微生物生物量碳含量土壤中,其CO2累积排放量和持续淹水处理的差距逐渐减小,直至78 d无显著差异;在低微生物生物量碳含量土壤中,78 d时干湿交替处理的CO2累积排放量仍显著低于持续淹水处理.低微生物生物量碳含量土壤在培养初期(前20 d)受其高可溶性有机碳(DOC)含量影响,CO2排放速率可达高微生物生物量碳土壤的1.1～6.1倍;在培养后期(第45～78 d)土壤有机碳矿化速率达到稳定,高微生物生物量碳土壤的稳定矿化速率比低微生物生物量碳土壤高20%～30%.多元回归分析结果表明,土壤DOC含量的减少(ΔDOC)和Fe2+含量的增加(ΔFe2+)显著影响持续淹水条件下的CO2累积排放量的变化值(ΔCO2),但对干湿交替处理淹水阶段的CO2累积排放量却无影响.相关分析结果表明,高微生物生物量碳土壤的CO2日排放速率在干湿交替处理下与葡萄糖苷酶(BG)活性呈显著正相关,在持续淹水处理下与乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和过氧化酶(PER)活性呈显著负相关;在低微生物生物量碳土壤中,CO2日排放速率在持续淹水处理下与NAG活性呈负相关,在干湿交替处理下与酶活性无关.综上,干湿交替处理的CO2累积排放量低于持续淹水处理,且该差异在低微生物生物量碳的土壤中显著;土壤微生物生物量大小会决定土壤有机碳稳定矿化速率水平;可溶性有机碳量和铁元素的还原量影响持续淹水条件下土壤的CO2排放量;土壤水分条件会影响CO2日排放速率及其关键生物酶因子.本研究为深入研究水稻土碳循环和固碳潜力提供数据和理论支持.
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